单相级联整流器开路故障诊断和容错均压空间矢量脉宽调制算法

针对单相级联H桥整流器(CHBR)的功率开关器件存在的开路故障问题,研究一种开关管开路故障的快速诊断算法,以及针对开关管开路故障的容错均压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。首先,该文分析单相CHBR功率开关管开路故障时电流流通路径的变化,建立电流误差变化率的分析模型,并提出一种基于电流误差变化率的快速诊断算法。该算法可以快速且准确地定位到故障开关管,且易于在程序中实现。其次,该文提出一种故障容错均压SVPWM算法,该算法在开关管开路故障时利用冗余矢量和冗余开关状态可以使系统在发生故障时仍然可以正常运行,并且各模块间的直流电压也能保持均衡。最后,通过仿真和实验验证了该文所提算法的可行性。

单相PET级联整流SVPWM均压边界及拓展方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是交直流配电系统互联的重要接口设备,然而后级等效负载不平衡将造成前级整流器各模块的电压偏移。针对单相级联H桥整流器空间矢量调制均压失效问题,推导出基于最优矢量选择均压策略的边界计算方法。根据计算所得的负载不平衡度限制边界与级联模块数、调制度以及功率因数的关系,提出了变调制度和功率因数的控制策略以增加均压能力。该策略通过改变直流电压或降低功率因数来重建更宽的均压工作范围,确保原不平衡度均压极限的系统稳定运行。最后,通过三模块级联整流器的仿真与实验验证了该均压边界的正确性,以及所提均压拓展方法保障极端不平衡负载条件下均压的有效性。

级联整流相内-相间直流电压均衡控制策略

三相级联H桥整流器由于具有灵活性与易模块化的特点,使得其在电力电子变压器(powerelectronic transformer,PET)系统中得到了广泛应用。而该变换器相间-相内模块直流电压不均衡是其亟待解决的问题。针对该问题,提出一种直流电压均衡控制策略,实现相间直流电压均衡与相内模块间直流电压均衡。首先,提出零序补偿控制方案,以解决相间直流电压均衡问题,通过构建端口电压零序分量,在dq坐标系下分析零序功率分布,建立起相间直流电压与零序电压的线性关系。通过控制三相零序功率,实现相间均压的目的;接着,针对相内电压均衡问题,提出了一种脉宽调制和排序均压调制相结合的宽带载范围的均压算法,使部分模块可以空载运行,提高了相内直流电压均压能力。最后,建立了三相级联九模块整流器小功率实验平台。基于FPGA控制器完成了控制程序设计,验证了所提控制策略的正确性与有效性。

级联整流二维调制多维扩展策略

级联整流(CHBR)作为新兴中高压电力电子变流器的整流级,是主动式配电网接口变流器、链式储能变流器实现的关键环节。二维调制(TDM)在优化两桥CHBR直流电压平衡速度、提升直流母线不平衡带载能力等方面优势明显。但随着级联数量的增加,多维调制的自由度数量激增,优化也变得异常复杂。该文首先在二维电压平衡调制的基础上,提出了一种多维扩展调制策略,并对扩展策略的调制逻辑进行了化简,使得二维电压平衡调制可应用于多桥级联的场合。之后,研究了多维扩展调制策略对TDM自由度优化的继承性,从理论上对比分析了CHBR单位功率因数运行时,多维扩展调制策略与TDM策略的直流电压平衡性能,以及影响多维扩展调制平衡性能的主要因素。最后,在搭建的实验平台上验证所述理论的有效性与优越性。

离网型永磁风力发电机级联整流装置研究

随着社会的发展,用电设备不断增加,在一些偏远地区,原有的离网型风力发电系统亟需扩容。提出了一种新型的离网型永磁风力发电机级联整流装置,该装置采用共直流母线技术,可实现2台发电机同时并网运行,增加了系统容量。此外,该装置还可实现多机运行下的最大风能捕获,同时可使功率开关器件占空比运行于合理范围内,改善系统性能。仿真结果证明了该装置及控制策略的正确性和有效性。

一种新型离网型永磁风力发电机级联整流装置研究

针对偏远地区原有的离网型风力发电系统亟需扩容的问题,提出了一种新型的共直流母线级联整流装置,通过该装置可实现两台发电机同时发电运行。对该新型级联整流装置的拓扑结构、发电机电流换相过程、占空比计算方法等内容进行了研究,建立了发电机转速与不控整流电路输出平均电压之间的关系,对两发电机串、并联运行状态进行了详细分析归纳,提出基于滞环原理的状态切换方法,并在Matlab仿真平台上对系统进行了仿真验证。研究结果表明,该装置可以根据不同的发电机转速,改变两台发电机间的工作方式,扩展发电机调速范围,有效增加系统容量;同时可使功率开关器件占空比运行于合理范围内,避免窄脉冲的出现,减小高次谐波,改善系统性能。

PETT高压级联整流器控制策略研究

随着新型功率半导体器件的不断涌现和广泛应用,轨道交通用电力电子牵引变压器(Power Electronic Traction Transformer,PETT)逐渐成为业内的研究热点,高压级联整流器是PETT系统的核心部件。文章在同步旋转坐标系下,提出一种基于瞬时功率平衡的改进型单相四象限控制策略,实现了对高压级联整流器电流基波有功分量和无功分量的快速调节;通过对高压级联整流器各功率模块吸收功率的调节,实现各功率模块直流电压平衡控制;最后提出高压级联整流器特定次谐波抑制方法,将特定次谐波的调制波指令叠加在基波控制和电压平衡控制的调制波指令上,形成总的调制波指令,实现对PETT高压级联整流器的综合控制。试验表明,当牵引网电压骤降20%时,其扰动修复时间小于20 ms;在电网电压产生畸变时,可保证电网侧电流无3、5、7次低次谐波;同时当高压级联整流器的负载相差20%时,控制系统仍能维持直流电压平衡。

多个H桥级联整流的研究

本文介绍了三个H桥的级联整流控制的拓扑和工作原理,建立了相应的模型,并给出具体控制方案,分析了各参数的设置规则。仿真结果表明,在电路参数变化和负载扰动时,可以实现交流侧单位功率因数和各相输出直流电压恒定。这对大功率电力电子变压器的整流部分提供了一个清晰的、便于实现的控制思路。

单相级联H桥整流器平方电压反馈控制算法

以单相级联H桥整流器为研究对象,对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上,构建了dq前馈解耦模型,并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响,实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次,对传统电压平衡控制算法进行了改进,通过对功率平衡关系的定义,将输出电压平方作为控制信号,增强了系统自适应能力,提高了系统在投切载时的动态性能。最后,基于MATLAB/Simulink软件进行仿真,验证了所提策略的正确性和有效性。

煤矿场景下单相级联H桥整流器解耦控制方法研究

针对单相级联H桥整流器的电力电子设备在煤矿场景下运行过程中直流侧存在二次电压纹波,导致网侧电流畸变、电容值漂移等问题,通过分析单相级联H桥整流器直流侧二次电压纹波的形成原因,提出了一种基于分裂电容不相等的独立型解耦拓扑的优化控制方法。该方法通过在电容两端叠加二倍工频的电压来抵消二次电压纹波,实现了直流侧二次电压纹波的有效抑制。针对3种基于构造二次电压的解耦方式(直流分裂电容值不等,直流电压分量相等;直流分裂电容值不等,且直流电压分量也不等;直流分裂电容值相等,直流电压分量不等)进行了参数设计和控制策略的研究,并通过分析参数对二次电压幅值的影响,确定了最优的参数取值范围,以实现有效的功率解耦,并减小电容值,降低设备体积和成本。仿真结果表明:①在0.2 s时加入分裂电容的独立型解耦拓扑(SC−IAPD)电路,基于解耦方式2的SC−IAPD电路控制方法、基于解耦方式2的SC−IAPD电路的优化控制方法、基于解耦方式1的SC−IAPD电路控制方法的直流侧输出电压纹波都控制在1~1.5 V,说明对称半桥解耦电路可有效抑制直流电压波动,同时在负荷变化时具有良好的解耦性能。②在轻载切重载的情况下,基于解耦方式2的SC−IAPD电路的优化控制方法能快速跟随负载变化,实现纹波的抑制,具有更强的带载能力和更佳的解耦效果。而在重载切轻载的情况下,基于解耦方式1的SC−IAPD电路控制方法能够更好地实现解耦性能,将电压纹波控制在1 V以内。如果考虑电容值的最小化,基于解耦方式2的SC−IAPD电路的控制方法则更具优势。实验结果表明:①负载突变前,传统控制方法和基于二次电压的解耦控制方法都能有效抑制直流侧的电压纹波,但基于二次电压的解耦控制方法在抑制电压纹波方面效果更佳,使直流侧的电压纹波更小。②负载突变后,传统控制方法无法维持直流侧电压的稳定性,出现较大的震荡,失去稳定性。

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifier,CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。

电容失配下MAPD型级联H桥整流器纹波分析及控制

针对直流分裂电容型复用式有源功率解耦(MAPD)电路在电容失配下解耦效果变差的问题,提出一种适用于电容失配情况下的控制策略。首先,将MAPD电路移植到单相级联H桥整流器(CHBR)中,阐述了所结合电路的优势,分析了MAPD电路在电容匹配下运行的机理。其次,考虑到电容容值容易随温度等因素发生变化,对电容失配下电路中衍生的纹波进行分析,对分裂电容的电压参考值进行修改,研究电容失配情况下的纹波抑制方法,设计一种针对电容失配情况下的双环路控制策略,可有效解决电容失配对系统解耦产生的影响,具有鲁棒性好、解耦精度高的特点。仿真和实验结果均验证了所提出控制策略的有效性。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

新一代电压平衡控制大功率级联H桥整流器

讨论了作为新一代级联式无工频变压器第一部分的级联整流器的控制策略;简化了级联整流器的模型,并且建立了基于单相旋转坐标系的数学模型;提出了一种将合成波形所需的开关状态分解到每个级联单元的直流侧电容电压快速平衡控制策略。仿真结果表明,该控制策略不仅可以使每个级联单元直流侧电容电压平衡控制更精确,而且能更加有效地控制系统有功功率和无功功率。

基于线性自抗扰控制的单相电力电子变压器整流级控制策略

针对电力电子变压器的非线性特性,传统PI控制的单相电力电子变压器整流级具有对参数变化敏感,响应速度慢,抗扰性能差的特点。提出了一种基于线性自抗扰控制(line active disturbance rejection control,LADRC)的电压环控制策略,该控制策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强的特点。在仿真软件MATLAB/Simulink中通过搭建三级联H桥整流器模型进行仿真,并与传统PI控制器相比较,仿真结果表明所采用控制策略的优越性、有效性。

基于自抗扰解耦的电力电子牵引变压器整流级直接功率控制

【目的】为改善电力电子牵引变压器(PETT)整流级在传统dq电流解耦双闭环控制下抗干扰能力差、对参数变化敏感、谐波含量高等问题。【方法】通过对直接功率控制(DPC)的解耦方式进行改进,提出了一种无需系统角频率和电感参数基于自抗扰控制(ADRC)的功率解耦控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行不同工况的仿真分析。【结果】仿真结果表明新型控制策略较传统控制策略网侧电流THD值减少5.38%,等效电感突变时电压跌落值减少48 V,电压频率偏移时电压跌落值减少14 V,新型控制策略在负载突变和负载不平衡工况下具有较好的平衡控制效果。【结论】该控制器通过解耦实现了有功功率和无功功率精确且独立的控制。仿真结果验证了所提控制策略的合理性与有效性。

一种适用于级联H桥整流直流侧电容电压快速平衡的新型调制方法

针对无工频变压器大功率多电平变流器级联H桥(Cascaded H-Bridge,CHB)整流级的结构与特点,本文提出了一种使单位功率因数下运行的CHBR在安全工作区的优化工作点上工作的概念以及相应的新型调制策略。该新型调制策略不仅可以使负载突变后CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到快速平衡,还可以使CHBR各级联H桥负载的不平衡程度达到最大限度地扩展。本文首先从理论上对于所提优化工作点的概念进行了讨论,然后分析了新型调制策略可以使CHBR各级联H桥直流侧电容电压达到最快平衡的基本原理,同时给出了在此优化工作点下,CHBR各级联H桥负载容许的不平衡程度最大值的定量描述。之后进一步详细讨论了利用CHBR交流侧输出电压与输入电流的极性关系,通过二维调制区域中两条不同的调制轨迹的相互配合,实现新型调制策略的具体方法,最后通过搭建的试验平台验证了该调制方法的正确性和优越性。

直流电压不平衡下的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制

在单相级联脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,直流电压不平衡情况下的均压控制要求较高,控制性能受锁相环影响较大。为此,提出了一种应用于单相级联PWM整流器中的无锁相环控制策略。利用在两相静止坐标系下瞬时功率与电压、电流的关系计算出指令电流信号,以实现电网电流对电压的跟踪控制;此外,叠加无锁相环均压指令,实现各级均压控制;同时采用准比例谐振控制器实现电流内环无静差控制。仿真结果验证了该无锁相环控制策略的有效性。

级联H桥整流器的新型直流电压与无功平衡控制策略

为解决级联H桥整流器(cascaded H bridge rectifier,CHBR)的直流侧电压不平衡问题,实现各H桥直流端电压和无功平衡,消除电压平衡控制器与基本双闭环控制器之间的耦合效应,该文提出一种新型的直流侧电压与无功平衡的控制策略。该方法通过对有功和无功占空比按一定关系同时进行修正来实现电压与无功平衡的控制,即使在负载不平衡情况下也能维持直流侧电压和各H桥无功平衡,消除了基本双闭环控制器与电压平衡器之间的耦合效应。同时,分析加入电压平衡控制器的系统稳定性,并讨论电压平衡控制器的有效范围,最后通过仿真和实验验证该方法的有效性和可行性。

一种新型斩波级联中压整流器

针对传统的四象限全控整流器输出电压普遍不高,提出了一种新型的级联型中压全控整流器,通过全控整流桥和斩波控制臂组合形成新的整流功率单元,通过功率单元的级联输出实现较高的直流电压输出,本文分析了该种中压整流器的电路拓扑,对新型整流功率单元的运行方式进行研究,推导了该电路拓扑的数学模型和空间矩阵方程,结合电路工作状态进行了数学空间矩阵方程的能控性分析。研究了全控整流器的控制策略,分析了该整流器的单位功率因数整流和低谐波含量特性,并进行了仿真和试验验证。结果表明整流器电路拓扑可以有效的实现对直流侧电压、电流的控制与输出。